تم طباعة هيكل السيارة بالكامل بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد من قبل شركة Divergent3D. وقد ظهرت لأول مرة للجمهور في جناح شركة SLM Solutions في معرض Formnext 2018 في فرانكفورت، ألمانيا، في الفترة من 13 إلى 16 نوفمبر.
إذا كانت لديك أي معرفة عملية بالتصنيع الإضافي (AM)، فمن المحتمل أنك على دراية بطباعة فوهات ثلاثية الأبعاد لمنصة محرك Leap النفاث من جنرال إلكتريك. وقد غطت الصحافة الاقتصادية هذه القصة منذ عام 2012، حيث كانت بالفعل أول حالة معروفة على نطاق واسع للتصنيع الإضافي قيد التنفيذ في بيئة إنتاج حقيقية.
استُبدلت فوهات الوقود المكونة من قطعة واحدة بما كان يتألف سابقًا من 20 جزءًا. كما كان لا بد أن تتمتع بتصميم قوي نظرًا لتعرضها لدرجات حرارة تصل إلى 2400 درجة فهرنهايت داخل محرك الطائرة النفاثة. وحصل هذا الجزء على شهادة اعتماد الطيران في عام 2016.
اليوم، أفادت التقارير أن شركة GE Aviation لديها أكثر من 16,000 طلبية لمحركات Leap. ونظرًا للطلب القوي، أعلنت الشركة أنها طبعت فوهة الوقود رقم 30,000 بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في خريف عام 2018. وتصنع GE Aviation هذه الأجزاء في أوبورن، ألاباما، حيث تشغل أكثر من 40 طابعة ثلاثية الأبعاد معدنية لإنتاج الأجزاء. وتشير GE Aviation إلى أن كل محرك Leap يحتوي على 19 فوهة وقود مطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد.
قد يكون مسؤولو جنرال إلكتريك قد ملّوا من الحديث عن فوهات الوقود، لكن ذلك مهّد الطريق لنجاح الشركة في مجال التصنيع الإضافي. في الواقع، تبدأ جميع اجتماعات تصميم المحركات الجديدة بنقاش حول كيفية دمج التصنيع الإضافي في جهود تطوير المنتجات. على سبيل المثال، يحتوي محرك GE 9X الجديد، الذي يخضع حاليًا لعملية الاعتماد، على 28 فوهة وقود وخلاط احتراق مطبوع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. وفي مثال آخر، تعيد جنرال إلكتريك للطيران تصميم محرك توربيني مروحي، ظلّ تصميمه كما هو تقريبًا لحوالي 50 عامًا، وسيحتوي على 12 جزءًا مطبوعًا بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد تُسهم في تقليل وزن المحرك بنسبة 5%.
قال إريك جاتلين، رئيس فريق التصنيع الإضافي في شركة GE Aviation، متحدثًا إلى الحضور في جناح الشركة في معرض Formnext 2018 في فرانكفورت، ألمانيا، في أوائل نوفمبر: "ما كنا نفعله خلال السنوات القليلة الماضية هو تعلم كيفية صنع أجزاء كبيرة جدًا باستخدام التصنيع الإضافي".
وصف غاتلين تبني التصنيع الإضافي بأنه "تحول جذري" لشركة جنرال إلكتريك للطيران. مع ذلك، فإن شركته ليست الوحيدة في هذا المجال. فقد لاحظ العارضون في معرض فورم نيكست أن عدد المصنّعين (مصنّعي المعدات الأصلية وموردي الدرجة الأولى) في نسخة هذا العام كان أكبر من أي وقت مضى. (أفاد مسؤولو المعرض التجاري أن 26,919 شخصًا حضروا الفعالية، بزيادة قدرها 25% عن نسخة فورم نيكست لعام 2017). وبينما قاد مصنّعو الطيران والفضاء الجهود لجعل التصنيع الإضافي واقعًا ملموسًا في المصانع، تنظر شركات السيارات والنقل إلى هذه التقنية بنظرة جديدة، وبجدية أكبر بكثير.
في مؤتمر صحفي لشركة فورم نيكست، شارك نائب الرئيس الأول لشركة ألتيميكر، بول هايدن، تفاصيل حول كيفية استخدام شركة فورد لطابعات الشركة ثلاثية الأبعاد في مصنعها في كولونيا بألمانيا لإنشاء أدوات إنتاج لسيارة فورد فوكس. وقال إن الشركة وفرت حوالي 1000 يورو لكل أداة طباعة مقارنة بشراء نفس الأداة من مورد خارجي.
إذا واجه مهندسو التصنيع حاجة إلى أدوات، فيمكنهم تحميل التصميم في برنامج نمذجة ثلاثية الأبعاد، وصقل التصميم، وإرساله إلى طابعة، وطباعته في غضون ساعات. وقال هايدن إن التطورات في البرامج، مثل دمج المزيد من أنواع المواد، ساعدت في جعل أدوات التصميم أسهل، بحيث يمكن حتى "غير المدربين" العمل من خلال البرنامج.
بعد أن أثبتت فورد جدوى استخدام الأدوات والتجهيزات المطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، صرّح هايدن بأن الخطوة التالية للشركة هي معالجة مشكلة مخزون قطع الغيار. فبدلاً من تخزين مئات القطع، سيتم استخدام طابعات ثلاثية الأبعاد لطباعتها عند الطلب. ومن المتوقع أن تختبر فورد بعد ذلك مدى تأثير هذه التقنية على إنتاج قطع الغيار.
بدأت شركات السيارات الأخرى بالفعل في دمج أدوات الطباعة ثلاثية الأبعاد بطرق مبتكرة. وتقدم شركة ألتيميكر أمثلة على الأدوات التي تستخدمها فولكس فاجن في مصنعها في بالميلا، البرتغال:
تم إنتاج هذه الأداة باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد من نوع Ultimaker، وتستخدم لتوجيه وضع البراغي أثناء وضع العجلات في مصنع تجميع فولكس فاجن في البرتغال.
عندما يتعلق الأمر بإعادة تعريف صناعة السيارات، يفكر آخرون بشكل أكبر بكثير. كيفن زينجر من شركة Divergent3D هو واحد منهم.
يرغب تشينجر في إعادة التفكير في طريقة تصنيع السيارات. فهو يسعى إلى ابتكار نهج جديد باستخدام النمذجة الحاسوبية المتقدمة والتصنيع بالإضافة لإنتاج هياكل أخف وزنًا من الهياكل التقليدية، وتحتوي على أجزاء أقل، وتوفر أداءً أعلى، وتكون أقل تكلفة في الإنتاج. وقد عرضت شركة دايفرجنت ثري دي هيكلها المطبوع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في جناح مجموعة إس إل إم سوليوشنز إيه جي في معرض فورم نكست.
يتكون الهيكل المطبوع على آلة SLM 500 من عقد ذاتية التثبيت تتلاءم جميعها معًا بعد الطباعة. ويقول مسؤولو شركة Divergent3D إن هذا النهج في تصميم وتجميع الهيكل يمكن أن يوفر 250 مليون دولار من خلال إلغاء تكاليف الأدوات وتقليل عدد الأجزاء بنسبة 75 بالمائة.
تأمل الشركة في بيع هذا النوع من وحدات التصنيع لشركات صناعة السيارات في المستقبل. وقد أقامت شركتا Divergent3D وSLM شراكة استراتيجية وثيقة لتحقيق هذا الهدف.
شركة Senior Flexonics ليست معروفة للجمهور، لكنها مورد رئيسي للمكونات لشركات في قطاعات السيارات والديزل والأجهزة الطبية والنفط والغاز وتوليد الطاقة. وقد التقى ممثلو الشركة مع شركة GKN Powder Metallurgy العام الماضي لمناقشة إمكانيات الطباعة ثلاثية الأبعاد، وتبادل الطرفان قصص نجاحهما في معرض Formnext 2018.
تشمل المكونات التي أعيد تصميمها للاستفادة من تقنية التصنيع بالإضافة صمامات السحب والعادم لمبردات إعادة تدوير غاز العادم في شاحنات النقل التجاري، سواء على الطرق المعبدة أو الوعرة. وتسعى شركة Advanced Flexonics إلى استكشاف طرق أكثر كفاءة لإنشاء نماذج أولية قادرة على تحمل اختبارات الاستخدام الفعلي، وربما الإنتاج بكميات كبيرة. وبفضل خبرتها الطويلة في إنتاج قطع غيار السيارات والتطبيقات الصناعية، تتمتع شركة GKN بفهم عميق للمسامية الوظيفية للأجزاء المعدنية.
هذا الأخير مهم لأن العديد من المهندسين يعتقدون أن أجزاء بعض تطبيقات المركبات الصناعية تتطلب كثافة بنسبة 99%. في كثير من هذه التطبيقات، لا يكون الأمر كذلك، وفقًا لما ذكره الرئيس التنفيذي لشركة EOS، أدريان كيبلر، وهو ما يؤكده مزود تكنولوجيا الآلات والشريك.
بعد تطوير واختبار أجزاء مصنوعة من مادة EOS StainlessSteel 316L VPro، وجدت شركة Senior Flexonics أن الأجزاء المصنعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد تحقق أهداف الأداء المطلوبة، ويمكن تصنيعها بشكل أسرع من الأجزاء المصبوبة. على سبيل المثال، يمكن طباعة البوابة ثلاثية الأبعاد في 70% من الوقت اللازم لعملية الصب. وفي المؤتمر الصحفي، أقر جميع الأطراف المشاركة في المشروع بأن هذه التقنية تحمل إمكانات هائلة للإنتاج التسلسلي في المستقبل.
قال كيبلر: "عليك إعادة التفكير في كيفية صنع الأجزاء. عليك أن تنظر إلى التصنيع بشكل مختلف. هذه ليست مصبوبات أو مطروقات."
بالنسبة للكثيرين في صناعة التصنيع بالإضافة، فإن الهدف الأسمى هو رؤية هذه التقنية تنتشر على نطاق واسع في بيئات التصنيع ذات الحجم الكبير. في نظر الكثيرين، سيمثل هذا قبولاً كاملاً.
تُستخدم تقنية التصنيع بالإضافة لإنتاج صمامات المدخل والمخرج هذه لمبردات إعادة تدوير غاز العادم لتطبيقات الشاحنات التجارية. وتدرس شركة Senior Flexonics، المصنعة لهذه الأجزاء النموذجية، استخدامات أخرى للطباعة ثلاثية الأبعاد داخل الشركة.
انطلاقاً من هذا، يبذل مطورو المواد والبرمجيات والآلات جهوداً حثيثة لتقديم منتجات تُمكّن من تحقيق ذلك. يسعى مصنّعو المواد إلى ابتكار مساحيق وبلاستيكات تلبي توقعات الأداء بشكل متكرر. ويحاول مطورو البرمجيات توسيع قواعد بيانات المواد الخاصة بهم لجعل عمليات المحاكاة أكثر واقعية. أما مصنّعو الآلات، فيصممون خلايا تعمل بسرعة أكبر وبنطاقات إنتاج أوسع لاستيعاب المزيد من الأجزاء في وقت واحد. لا يزال العمل جارياً، ولكن هناك حماس كبير لمستقبل التصنيع الإضافي في مجال التصنيع العملي.
قال بول بيتس، مدير مركز كفاءة التصنيع الإضافي في شركة UL: "أعمل في هذا المجال منذ 20 عامًا، وخلال تلك الفترة، كنت أسمع باستمرار عبارة: 'نحن على وشك تطبيق هذه التقنية في بيئة إنتاجية'. لذا انتظرنا وانتظرنا". وأضاف: "لكنني أعتقد أننا وصلنا أخيرًا إلى النقطة التي تتلاقى فيها كل العناصر ويتحقق ذلك".
دان ديفيس هو رئيس تحرير مجلة The FABRICATOR، وهي أكبر مجلة متخصصة في تصنيع وتشكيل المعادن في الصناعة، بالإضافة إلى منشوراتها الشقيقة، STAMPING Journal و Tube & Pipe Journal و The Welder. وهو يعمل على هذه المنشورات منذ أبريل 2002.
يركز تقرير التصنيع الإضافي على استخدام تقنيات التصنيع الإضافي في عمليات التصنيع الواقعية. يستخدم المصنّعون اليوم الطباعة ثلاثية الأبعاد لصنع الأدوات والتجهيزات، بل ويستخدم البعض هذه التقنية في أعمال الإنتاج بكميات كبيرة. سيتم عرض تجاربهم هنا.